ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN KIM HƯNG MÔ HÌNH CHỨNG THỰC BỀN VỮNG TRÊN VIDEO H.264/AVC DỰA TRÊN ĐẶC TRƯNG VÂN TAY Ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ (Chuyên ngành Khoa Học Máy Tính) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS LÊ HOÀI BẮC Thành phố Hồ Chí Minh - 2010 ii LỜI CÁM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Khoa Công Nghệ Thông Tin, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên – Đại Học Quốc Gia TP HCM tạo điều kiện tốt cho em thực đề tài luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Hoài Bắc cô Lê Thị Hoàng Ngân tận tình hướng dẫn, bảo cho em suốt thời gian thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Công Nghệ Thông Tin tận tình giảng dạy, trang bị cho em kiến thức quý báu năm tháng vừa qua Con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ông Bà, Cha Mẹ chăm sóc, nuôi dạy nên người Xin chân thành cảm ơn anh chị, bạn giúp đỡ, ủng hộ động viên em thời gian học tập nghiên cứu Mặc dù em cố gắng hoàn thành luận văn phạm vi khả chắn không tránh khỏi điều thiếu sót Em kính mong nhận cảm thông tận tình bảo Quý Thầy Cô bạn Người thực Nguyễn Kim Hưng Tháng 11, năm 2010 iii MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii THUẬT NGỮ vi DANH SÁCH CÁC BẢNG vii DANH SÁCH CÁC HÌNH viii TÓM TẮT LUẬN VĂN x CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.1.1 Tại Watermarking 1.1.2 Tại liệu Watermark đặc trưng vân tay 1.1.3 Tại đối tượng chứa video H.264/AVC 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CHUẨN NÉN VIDEO H.264/AVC 2.1 Tổng quan chuẩn video 2.1.1 2.1.1.1 Chuẩn H.261 2.1.1.2 Chuẩn H.263 2.1.1.3 Chuẩn H.264/AVC 2.1.2 2.2 Dòng H.26x Dòng MPEG 2.1.2.1 Chuẩn MPEG-1 2.1.2.2 Chuẩn MPEG – 2.1.2.3 Chuẩn MPEG – Cấu trúc H.264 2.2.1 Không gian màu YCrCb kiểu lấy mẫu 4:2:0 2.2.2 Macroblock 10 iv 2.2.3 Slice 11 2.2.4 Profile 13 2.3 Tổng quan qui trình nén giải nén H.264 14 2.3.1 Quy trình nén 15 2.3.1.1 Dự đoán 16 2.3.1.2 Biến đổi lượng tử hóa 26 2.3.1.3 Tái xếp 36 2.3.1.4 Mã hóa luồng bit nén hay mã hóa Entropy 36 2.3.1.5 Lọc tách khối 40 2.3.2 Quy trình giải nén 41 2.3.2.1 Giải mã luồng bit nén 42 2.3.2.2 Rescaling biến đổi ngược 42 2.3.2.3 Tái xây dựng 42 CHƯƠNG 3: RÚT TRÍCH ĐẶC TRƯNG VÂN TAY 43 3.1 Tổng quan vân tay .43 3.2 Các công trình liên quan 47 3.3 Rút trích đặc trưng vân tay 49 3.3.1 Tiền xử lý ảnh vân 50 3.3.2 Rút trích đặc trưng vân 52 CHƯƠNG 4: WATERMARKING ĐẶC TRƯNG VÂN TAY VÀO VIDEO 55 4.1 Watermarking 55 4.2 Watermarking với Watermark ảnh vân tay .56 4.3 Watermarking video 57 4.3.1 Những phương pháp Watermarking video chưa nén .59 4.3.1.1 Những lược đồ Watermarking dựa độc lập ảnh .59 4.3.1.2 Những lược đồ Watermarking dựa nội dung ảnh .64 4.3.2 Những phương pháp Watermarking video nén 67 4.3.2.1 Watermark nhúng vào video trước nén .67 4.3.2.2 Watermark nhúng trực tiếp vào video sau nén 69 v 4.3.2.3 4.3.3 4.4 Watermark nhúng vào video trình nén 72 Những phương pháp Watermarking lai 76 Mô hình chứng thực bền vững dựa đặc trưng vân tay video H.264/AVC 77 4.4.1 Giai đoạn nhúng 78 4.4.2 Giai đoạn rút trích 80 4.4.3 Giai đoạn chứng thực 82 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 83 5.1 Nâng cao chất lượng ảnh 83 5.2 Rút trích đặc trưng vân tay 84 5.3 Kết chứng thực ảnh 87 5.4 Kết chứng thực video H.264/AVC 89 CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT LUẬN VĂN 96 6.1 Tổng kết .96 6.2 Hướng phát triển 96 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 vi THUẬT NGỮ AVC Advanced Video Coding NAL Network Abstraction Layer DCT Discrete Cosin Transform: Biến đổi Cosin rời rạc IDCT Inverse Discrete Transform: Biến đổi Cosin rời rạc ngược DFT Discrete Fourier Transform: Biến đổi Fourier rời rạc IDFT Inverse Discrete Fourier Transform: Biến đổi Fourier rời rạc ngược FFT Fast Fourier Transform: Biến đổi Fourier nhanh STFT Short Time Fourier Transform: Biến đổi Fourier thời gian ngắn VQ Vector Quantization: Lượng tử hóa vector WSQ Wavelet Scalar Quantization: Lượng tử hóa tỉ lệ Wavelet PN Pseudo-random Noise: Giả lập nhiễu ngẫu nhiên CAVLC Context Adaptive Variable Length Coding – mã hóa độ dài biến đổi thích nghi hoàn cảnh CIF Common Intermediate Format – tiêu chuẩn tín hiệu video với độ phân giải 352*288 chế độ màu YCbCr 4:2:0 ISO/IEC International Standards Organization ITU International Telecommunications Union MPEG Motion Picture Experts Group SAE The Sum of Absolute Errors QCIF Quarter CIF – tiêu chuẩn tín hiệu video với độ phân giải 176*144 chế độ màu YCrCb 4:2:0 vii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1: Các loại slice mã hóa H.264 .12 Bảng 2: Ví dụ tổ chức nhớ ảnh tham chiếu với ảnh 250, số ảnh tham chiếu .19 Bảng 3: Các kích thước bước lượng tử H.264/AVC Codec .31 Bảng 4: Hệ số nhân MF .33 Bảng 5: Hệ số scaling V .34 Bảng 6: Giá trị hệ số V ứng với vị trí khác 35 Bảng 7: Các từ mã Exp-Golomb 37 Bảng 8: Ánh xạ codeNum cho syntax elements có dấu 38 Bảng 1: Bảng so sánh kĩ thuật đặc tính sinh trắc học .44 Bảng 2: Bảng phân loại vân tay theo FBI 47 Bảng 1: Kết rút trích đặc trưng vân tay 87 Bảng 2: Thống kê đặc trưng rút trích từ số ảnh vân tay .87 Bảng 3: Kết chứng thực công 88 Bảng 4: Kết chứng thực sau thực công RST ảnh nhúng 89 Bảng 5: Kết chứng thực sau thực công nhiễu làm mờ 89 Bảng 6: Khả nhúng chất lượng ảnh sau nhúng 89 Bảng 7: Khả nhúng chất lượng video sau nhúng .91 Bảng 8: PSNR báo [38] [52] 91 Bảng 9: Kết chứng thực công video H.264 nhúng vào frame ngẫu nhiên 93 Bảng 10: Kết chứng thực công video H.264 nhúng vào frame chuyển cảnh 93 Bảng 11: Kết chứng thực sau thực số công khác video H.264/AVC nhúng vào frame chuyển cảnh 94 Bảng 12: kết rút trích Watermark báo [38] 95 viii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1: Quá trình phát triển dòng video H.26x MPEG Hình 2: Một ảnh video nén với bitrate dùng MPEG-2 (trái), MPEG-4 (giữa) h.264 (phải) Hình 3: Macroblock 16x16 đại diện block thành phần Y, Cr, Cb theo tỷ lệ lấy mẫu (4:2:0) H.264 11 Hình 4: Minh họa cách phân chia ảnh thành nhiều slice .12 Hình 5: Cấu trúc slice .13 Hình 6: Các profile H.264/AVC công cụ với ứng dụng profile 14 Hình 7: Tổng quan qui trình nén giải nén H.264 15 Hình 8: Quá trình nén H.264/AVC .15 Hình 9: Mô tả ước lượng chuyển động dự báo Inter 17 Hình 10: Sự phân chia marcoblock mã hóa 19 Hình 11: Các phần chia khác ảnh 20 Hình 12: Các điểm ảnh sub-sample (quater-pixel half-pixel) ảnh tham chiếu 21 Hình 13: Nội suy điểm ảnh vị trí half-pixel ảnh tham chiếu .21 Hình 14: Nội suy điểm ảnh vị trí quarter-pixel 22 Hình 15: Mô hình dự báo Intra 23 Hình 16: Block 4x4 luma cần dự đoán Intra (trong đường viền trắng) .24 Hình 17: Các điểm ảnh nén dùng để tham chiếu 24 Hình 18: Các mode dự đoán cho block 4x4 luma .24 Hình 19: Macroblock 16x16 (luma) cần dự đoán .25 Hình 20: Các block dự đoán Intra 16x16 25 Hình 21: Thứ tự truyền dẫn block bên macroblock .27 Hình 22: Minh họa biến đổi DCT lượng tử hóa .29 Hình 23: Quét Zig-Zag block 4x4 luma 36 Hình 24: Mô hình biến đổi block 4x4 thành mảng sau tái xếp 36 ix Hình 25: Thứ tự lọc cạnh thành phần luma chroma macroblock 41 Hình 26: Quy trình giải nén vide chuẩn H.264/AVC 41 Hình 1: Sinh trắc học thông dụng: (a) DNA, (b) tai, (c) mặt, (d) thân nhiệt mặt, (e) thân nhiệt tay, (f) tĩnh mạch tay, (g) vân tay, (h) dáng đi, (i) đặc trưng hình học bàn tay, (j) mống mắt, (k) tay, (l) võng mạc, (m) chữ ký, (n) giọng nói .44 Hình 2: Mẫu ảnh vân tay: lằn màu đen, lõm màu trắng 45 Hình 3: Khung hình phản ánh loại lằn 46 Hình 4: Qui trình rút trích đặc trưng vân tay .50 Hình 5: Quá trình tiền xử lý ảnh vân 50 Hình 6: Tìm ảnh nâng cao lọc Gabor 51 Hình 7: Điểm kết thúc lằn điểm rẽ đôi 52 Hình 8: Trường hợp P1 điểm kết thúc lằn .52 Hình 9: Trường hợp P1 điểm rẽ đôi 53 Hình 10: Một số trường hợp khiến trình rút trích vân sai .53 Hình 11: Quá trình rút trích đặc trưng vân tay 54 Hình 1: Mô hình phân loại Video Watermarking 58 Hình 2: Mô hình chứng thực dựa đặc trưng vân tay video H.264/AVC 77 Hình 3: Sơ đồ giai đoạn nhúng 78 Hình 4: Quá trình rút trích đặc trưng 81 Hình 5: Quá trình chứng thực 82 Hình 1: Áp dụng lọc Gabor: (a) ảnh gốc; (b) ảnh chuẩn hóa; (c) ảnh hướng; (d) ảnh tần số; (e) ảnh mặt nạ vùng; (f) ảnh nâng cao chất lượng 84 Hình 2: Thể hóa trình rút trích đặc trưng: (a) ảnh gốc; (b) ảnh nâng cao; (c) ảnh nhị phân; (d) ảnh mảnh; (e) ảnh rút trích; (f) ảnh sau hậu xử lý .85 Hình 3: PSNR báo [43] .92 Hình 4: Kết rút trích báo [52] 95 x TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn nghiên cứu vấn đề thuật toán nén giải nén video H.264/AVC, thuật toán rút trích đặc trưng vân tay ảnh vân tay, thuật toán Watermarking bền vững dựa đặc trưng chuẩn nén H.264/AVC Về khía cạnh chuẩn nén H.264/AVC, luận văn nghiên cứu, trình bày tổng quan chi tiết thuật toán nén giải nén H.264 Về thuật toán rút trích đặc trưng, luận văn trình bày hướng tiếp cận: nâng cao chất lượng ảnh miền không gian lọc Gabor, nhị phân hóa ảnh phương pháp nhị phân mô cục bộ, làm mảnh ảnh thuật toán Hilditch, rút trích đặc trưng mặt nạ 3×3 cho đặc trưng kết thúc lằn, 16 mặt nạ 3×3 cho đặc trưng rẽ đôi, loại bỏ đặc trưng thừa sai luật Heuristic, đối sánh vân tay chứng thực dựa thuật toán Hamming Về khía cạnh Watermarking, luận văn nghiên cứu, trình bày tổng quan, chi tiết thuật toán Watermarking video H.264/AVC Rồi đề xuất phương pháp/mô hình chứng thực bền vững video H.264/AVC dựa đặc trưng vân tay Nội dung luận văn bao gồm chương: CHƯƠNG 1: Trình bày lý chọn đề tài mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 2: Giới thiệu tổng quan chuẩn nén video H.264/AVC CHƯƠNG 3: Trình bày chi tiết trình rút trích đặc trưng vân tay hướng tiếp cận luận văn CHƯƠNG 4: Trình bày tổng quát thuật toán Watermarking video nói chung video H.264/AVC nói riêng Và đề xuất mô hình chứng thực bền vững video H.264/AVC dựa đặc trưng vân tay CHƯƠNG 5: Trình bày kết thực nghiệm CHƯƠNG 6: Tổng kết luận văn hướng phát triển luận văn 90 Để xác định chất lượng video sau nhúng, luận văn sử dụng độ đo PSRN (peak signal-to-noise ratio) xác định theo công thức PSNR = 10× log10 255 MSE (dB), MSE (mean square error) không gian lỗi trung bình frame gốc frame sau nhúng Với frame xám gốc, kích thước w×h, giá trị MSE xác định sau: MSE grayscale = h w ∑ ∑ (G xy − G ' xy )2 w × h x =1 y =1 , công thức trên, Gxy G´xy giá trị pixel vị trí (x, y) frame gốc frame sau nhúng Kết PSNR cuối video trung bình cộng PSNR frame nhúng Phương pháp nhúng đề xuất luận văn cho khả nhúng cao với chất lượng video sau nhúng tốt Điều thể thông qua kết thực nghiệm bảng 5.7 sau: Video cần chứng thực duabe.mp4 (800×480): 2MB Ảnh vân Kích thước Kích thước vector đặc tay ảnh vân trưng nhúng (bit) 1.tif 1.jpg 2.jpg 2.tif 3.jpg 3.tif 4.jpg 4.tif 6.tif 10.tif 64.2KB 13.9KB 9.41KB 64.5KB 12.3KB 64.5KB 12.2KB 64.5KB 142KB 142KB PSNR (dB) Kích thước đặc trưng vector nhúng gấp (bit) PSNR (dB) 1152 1400 1408 1120 56.71262 55.83754 55.95424 56.68477 3456 4200 4224 3360 52.02355 51.23702 49.98475 50.88121 2208 960 1856 1312 846 416 54.37198 57.42595 54.77017 56.07391 57.41139 60.7918 6624 2880 5568 3936 2592 1248 51.31206 51.51483 51.68784 50.09165 51.50177 56.60345 PSNR (dB) Kích thước đặc trưng vector nhúng gấp (bit) PSNR (dB) 49.66988 48.71718 50.29945 49.91917 45.10393 3456 4200 4224 3360 44.9808 44.1167 44.33 44.1156 42.044 Video cần chứng thực bagia.mp4 (320×240): 6MB Ảnh vân Kích thước Kích thước vector đặc tay ảnh vân trưng nhúng (bit) 1.tif 1.jpg 2.jpg 2.tif 3.jpg 64.2KB 13.9KB 9.41KB 64.5KB 12.3KB 1152 1400 1408 1120 2208 6624 91 3.tif 4.jpg 4.tif 6.tif 10.tif 64.5KB 12.2KB 64.5KB 142KB 142KB 960 1856 1312 846 416 51.66206 45.84466 50.62513 52.09545 54.59979 2880 5568 3936 2592 1248 45.7509 42.7623 44.6429 46.1858 50.4114 Bảng 7: Khả nhúng chất lượng video sau nhúng Với phương pháp nhúng đề xuất với frame kích thước w×h nhúng tối đa (w*h)/(8*8) bít (mỗi bít nhúng vào block 8×8) Nếu số bít đặc trưng nhúng mà lớn số bit tối đa nhúng thực trình nhúng bit vào block Thay vào đó, nhúng nhiều bit vào hệ số thấp block Chẳng hạn trường hợp gấp lần đặc trưng ảnh vân tay 3.jpg 6624 bít, frame video có kích thước 800×480 nhúng tối đa (800*480)/(8*8) = 6000 bít Do đó, trường hợp thực trình nhúng bít vào block 8×8 Khi đó, thực trình nhúng bít vào hệ số thấp block 8×8 Đồng thời, qua kết thực nghiệm bảng 5.7, ta thấy tỉ lệ PSNR cao (≥50dB) so với kết PSNR báo [38] [52] Điều cho thấy phương pháp Watermarking luận văn đề cập có khả nhúng cao với chất lượng video sau nhúng tốt Video Monitor Stefan Foreman Akiyo PSNR báo [35] Original Watermarked H.264 video H.264 video Bitrate PSNR Bitrate PSNR (Kbps) (dB) (Kbps) (dB) 423 37.91 433 37.56 1469 35.58 1504 35.04 547 37.07 566 36.69 381 38.42 399 37.83 PSNR báo [49] Video Size PSNR (dB) Mobile Football Table tennis Foreman Garden 352x288 352x240 352x240 352x288 352x240 40.7375 40.1152 40.159 39.8379 40.9515 Bảng 8: PSNR báo [38] [52] 92 Hình 3: PSNR báo [43] Bên cạnh kết thực nghiệm khả nhúng chất lượng video sau nhúng, kết chứng thực khả quan, bảng 5.9 bảng 5.10 sau: Kích thước vector Kích thước Kích thước vector đặc đặc trưng rút trích ảnh vân (KB) trưng nhúng (bit) (bit) 1.tif 64.2 1152 1152 1.jpg 13.9 1400 1400 2.jpg 8.89 1408 1408 2.tif 64.5 1120 1120 3.jpg 12.3 2208 2208 3.tif 64.5 960 960 4.jpg 12.2 1856 1856 4.tif 64.5 1312 1312 5.jpg 11.7 1984 1984 5.tif 64.5 1024 1024 6.jpg 13.6 1664 1664 6.tif 142 864 864 7.jpg 8.51 1408 1408 7.tif 64.5 1696 1696 8.jpg 11 2304 2304 8.tif 142 416 416 9.jpg 13.6 1984 1984 9.tif 142 512 512 10.jpg 9.41 1696 1696 10.tif 142 416 416 11.jpg 16.6 1504 1504 11.tif 64.5 992 992 Ảnh vân Số bít sai D Chứng thực 435 558 540 439 849 391 689 489 377 734 601 315 535 635 908 158 750 199 628 137 551 377 0.377604 0.396307 0.383523 0.391964 0.384511 0.407292 0.371228 0.372713 0.368164 0.36996 0.361178 0.364583 0.379972 0.37441 0.394097 0.379808 0.378024 0.388672 0.370283 0.329327 0.366356 0.38004 Đúng Sai Đúng Sai Sai Sai Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Sai Đúng Đúng Sai Đúng Đúng Đúng Đúng 93 Bảng 9: Kết chứng thực công video H.264 nhúng vào frame ngẫu nhiên Kích thước vector Kích thước Kích thước vector đặc đặc trưng rút trích ảnh vân (KB) trưng nhúng (bit) (bit) 1.tif 64.2 1152 1152 1.jpg 13.9 1400 1400 2.jpg 8.89 1408 1408 2.tif 64.5 1120 1120 3.jpg 12.3 2208 2208 3.tif 64.5 960 960 4.jpg 12.2 1856 1856 4.tif 64.5 1312 1312 5.jpg 11.7 1984 1984 5.tif 64.5 1024 1024 6.jpg 13.6 1664 1664 6.tif 142 864 864 7.jpg 8.51 1408 1408 7.tif 64.5 1696 1696 8.jpg 11 2304 2304 8.tif 142 416 416 9.jpg 13.6 1984 1984 9.tif 142 512 512 10.jpg 9.41 1696 1696 10.tif 142 416 416 11.jpg 16.6 1504 1504 11.tif 64.5 992 992 Ảnh vân Số bít sai D Chứng thực 311 407 389 319 612 288 490 348 267 521 422 222 384 453 660 114 537 144 446 93 389 270 0.269965 0.289063 0.276278 0.284821 0.277174 0.3 0.264009 0.265244 0.260742 0.262601 0.253606 0.256944 0.272727 0.267099 0.286458 0.274038 0.270665 0.28125 0.262972 0.223558 0.258644 0.272177 Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Đúng Bảng 10: Kết chứng thực công video H.264 nhúng vào frame chuyển cảnh Sau thực trình nhúng đặc trưng vân tay vào frame chọn frame phải trải qua trình nén chuẩn nén H.264/AVC với công phép trừ ảnh, chập ảnh, biến đổi DCT, lượng tử hóa, tái cấu trúc mã hóa liệu entropy, … Với hàng loạt công mà kết thực nghiệm bảng 5.9 bảng 5.10 cho thấy tương đối khả quan Đồng thời qua bảng 5.9 bảng 5.10, ta thấy việc chọn frame chuyển cảnh để nhúng cho kết tốt việc chọn frame ngẫu nhiên Bởi trình bày phần 4.4.1, frame chuyển cảnh thực trình dự đoán Intra phần lớn kết frame chuyển cảnh giữ lại đưa vào danh sách ảnh tham 94 chiếu list list Còn việc chọn ngẫu nhiên frame điều này, phần lớn frame video frame có tính tương đồng cao nên trình nén sử dụng phần lớn trình dự đoán Inter, mà trình dự đoán Inter sử dụng danh sách ảnh tham chiếu list list Bảng 5.11 kết chứng thực sau thực số công video H.264/AVC nhúng đặc trưng vân tay ảnh 1.tif vào Tấn công Giãn thời gian (1s) Giãn thời gian (3s) Giãn thời gian (5s) Cắt frame video (10%) Cắt frame video (25%) Cắt frame video (50%) Cắt frame video (75%) Cắt frame video (90%) Ảnh vân: 1.tif Kích thước vector đặc trưng nhúng: 1152 bits Kích thước vector đặc trưng rút trích: 1152 bits D Chứng thực Tấn công D Chứng thực 0.269965 Đúng Gaussian 0.337543 Đúng 0.269965 Đúng Blur 0.322691 Đúng 0.269965 Đúng Median 0.329029 Đúng 0.270833 Đúng Xén hình (1/4) 0.357566 Đúng 0.270833 Đúng Xén hình (1/2) 0.383162 Đúng 0.27691 Đúng Xén hình (3/4) 0.426029 Sai 0.27691 Đúng 0.27691 Đúng Chuyển đổi định dạng 0.391267 MP4 -> AVI -> MP4 Chuyển đổi định dạng 0.397621 MP4 -> WMA -> MP4 Sai Sai Bảng 11: Kết chứng thực sau thực số công khác video H.264/AVC nhúng vào frame chuyển cảnh Căn vào kết bảng 5.11, ta thấy mô hình chứng thực không bị ảnh hưởng phép dịch chuyển hay giãn thời gian video Bởi trình giãn thời gian video ảnh hưởng đến thời gian hiển thị frame video hình mà không thay đổi liệu frame video Còn trình cắt frame video ảnh hưởng đến mô hình thuật toán phần bị cắt có frame chuyển cảnh Khi đó, tùy thuộc vào số lượng frame chuyển cảnh bị cắt mà ảnh hưởng nhiều hay đến kết mô hình Chẳng hạn kết thực nghiệm bảng 5.4 file video duabe.mp4 có frame chuyển cảnh, cắt 10% 25% video đoạn cuối, cắt dính frame chuyển cảnh, cắt 50%, 75% 90% video cắt dính frame chuyển cảnh Cũng qua bảng 5.11, ta thấy mô hình chứng thực bền vững phép công làm mờ ảnh gaussian, blur, median, xén hình 95 Bên cạnh đó, mô hình không bền vững phép chuyển đổi định dạng media file video Từ bảng kết chứng thực, cho thấy phương pháp Watermarking luận văn tốt so với kết công trình khác [38] [52] Video Sequence Carphone Claire Mobile Mother Table Tempete Watermark Re-encoding Bits Recovery Rate 44 58% 22 83% 85 85% 42 68% 38 62% 81 83% Bit Rate Increase 0.80% 0.44% 0.23% 0.69% 0.31% 0.44% Bảng 12: kết rút trích Watermark báo [38] Hình 4: Kết rút trích báo [52] 96 CHƯƠNG 6: TỔNG KẾT LUẬN VĂN 6.1 Tổng kết Với điều kiện thời gian thực đề tài tương đối nguồn tài liệu hạn hẹp luận văn cố gắng hoàn thành đầy đủ tất mục tiêu đề Mô hình chứng thực dựa đặc trưng vân tay vào video H.264/AVC bền vững Trước hết, phép công chuẩn nén H.264/AVC lượng tử hóa, trừ ảnh, nén, mã hóa entropy liệu … Sau phép công khác phần kết thực nghiệm có trình bày Không thế, phương pháp Watermarking luận văn có khả bền vững với công quay, tỉ lệ, tịnh tiến, thêm nhiễu Gaussian, làm mờ ảnh [34] Hơn nữa, hướng tiếp cận cho chất lượng video sau nhúng tốt (PSNR>50dB) Về chương trình thực nghiệm, sử dụng thư viện Mediasuite.net Microsoft với phiên dùng thử nên gặp nhiều hạn chế hiển thị hộp thoại Evaluation Notice sử dụng thư viện với dung lượng thời gian cho phép chạy sử dụng thư viện phút Do đó, chạy thử nghiệm file video có thời gian nhỏ phút 6.2 Hướng phát triển Mô hình chứng thực đề xuất dựa đặc trưng vân tay video H.264/AVC hiệu Tuy nhiên chương trình thực nghiệm, nhiều hạn chế Do đó, tương lai tới tiến hành cải tiến chương trình thực nghiệm: mua quyền phầm mềm Mediasuite.net, kiếm thư viện mã nguồn mở hỗ trợ việc giải nén nén H.264/AVC tốt Tiến hành triển khai, thử nghiệm mô hình chứng thực chuẩn video nén thông dụng khác MPEG, DivX, …… 97 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Le T H Ngan, Nguyen K Hung, and Le H Bac, “Literature Survey on Image Watermarking Tools, Watermark Attacks, and Benchmarking Tools”, The Second International Conferences on Advances in Multimedia, MMEDIA 2010, Greece, pp 67-73, 2010 Le T H Ngan, Nguyen K Hung, and Le H Bac, “A Robust Biometric Watermark-Based Authentication Scheme”, The Fifth International Conferences on Digital Information Management, ICDIM 2010, Canada, 2010 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Kim Hưng, Luận văn Cử Nhân Tin Học, “Phương pháp ẩn vân tay vào ảnh”, Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Tp HCM, 2008 [2] Nguyễn Xuân Huy, Trần Quốc Dũng, “An Image Watermarking Algorithm Using DCT Domain”, viện công nghệ thông tin, trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ quốc gia, 4/6/2002 [3] Trần Nguyên Đại Hãn, Lê Nguyên Toàn, Luận văn Cử Nhân Tin Học, “Thiết kế xây dựng H.264 Decoder tảng NXP TRIMEDIA”, Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Tp HCM, 2008 Tiếng Anh [4] A K Jane, and U Uludag, “Hiding Fingerprint Minutiae in Images”, Proceeding of Third Workshop on Automatic Identification Advanced Technologies (AutoID), 2002 [5] A K Jane, U Uludag, and R L Hsu, “Hiding a Face in a Fingerprint Image”, Proceedings of the 16th International Conference on Pattern Recognition (ICPR’02), Vol 3, pp 30756, 2002 [6] A Piva, M Barni, F Bartolini, V Cappellini, A De Rosa, and M Orlandi, “Improving DFT Watermarking robustness through optimum detection and synchronisation”, Proceeding Of ACM Workshop on Multimedia and Sercurity ’99, Orlando, Florida, Oct 1999 [7] B Gunsel, U Uludag, and A M Tekalp, “Robust watermarking of fingerprint images,” Pattern Recognition, vol 35, no 12, pp 2739–2747, Dec 2002 [8] C M Holt, and A Stewart, “A parallel thinning algorithm with fine grain subtasking”, Parallel Computing, Vol 10, pp 329–334, 1989 99 [9] D Choia, H Doa, H Choib, and T Kim, “A blind mpeg-2 video watermarking robust to camcorder recording,” Signal Processing, October 2009 [10] D E Lane, “Video- in-Video Data Hiding”, 1999 [11] D Pröfrock, M Schlauweg, and E Müller, “A new uncompressed- domain video Watermarking approach robust to H.264/AVC compression,” Proc of the IASTED Int Conf on Signal Processing, Pattern Recognition, and Applications, pp 99–104, 2006 [12] D Pröfrock, H Richter, M Schlauweg, and E Müller, “H.264/AVC Video Authentication Using Skipped Macroblocks for an Erasable Watermark”, Proc SPIE Visual Communications and Image Processing, Vol 5960, pp 1480-1489, 2005 [13] D Zou, and J A Bloom, “H.264/AVC Stream Replacement Technique for Video Watermarking”, IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, ICASSP 2008 [14] D Zou, and J A Bloom, "H.264/AVC Substitution Watermarking: A CAVLC Example", Media Forensics and Security XI; Edward J Delp, Jana Dittmann, Nasir D Memon, and Ping Wah Wong, Editors; Proceedings of SPIE, Vol 7254, 2009 [15] D Wu, W Kong, B Yang, and X Niu, “A fast SVD based video Watermarking algorithm compatible with MPEG2 Standard,” Soft Computing Vol 13, Issue 4, pp 375-382, 2009 [16] F Deguillaume, G Csurka, J O'Ruanaidh, and T Pun, "Robust 3D DFT video Watermarking", proceeding of the SPIE, vol 3657, pp 113-124, 1999 [17] F Hartung and B Girod, “Digital Watermarking of raw and compressed video,” Digital Compression Technologies and Systems for Video Communications, Vol 2952, pp 205-213, Sep 1996 100 [18] F Jordan, M Kutter and T Ebrahimi, “Proposal of Watermarking Technique for Hiding/Retrieving Data in Compressed and Decompressed Video,” Technical report M2281, ISO/IEC document, JTC1/SC29/WG11, 1997 [19] F W M Stentiford, “Some new heuristics for thinning binary handprinted characters for OCR,” Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Vol 13, No 1, pp 81-84, 1983 [20] Federal Bureau of Investigation (FBI) John Edgar Hoover, “The Science of Fingerprints: Classification and Uses”, U.S Government Printing Office, Washington D.C, 2006 [21] G.C Langelaar, and R.L Lagendijk, “Optimal differential energy Watermarking of DCT encoded images and videos,” IEEE Transaction Image Processing, Vol 10, Issue 1, pp 148 – 158, 2001 [22] G C Langelaar, R L Lagendijk, and J Biemond, "Real-time labeling of MPEG-2 compressed video," journal of visual communication and image representation, Vol 9, pp 256-270, 1998 [23] G Qiu, P Marziliano, A Ho, D He, and Q Sun, “A hybrid Watermarking scheme for H.264/AVC video,” in Proceedings of the 17th International Conference on Pattern Recognition, ICPR, vol 4, pp 865–868, 2004 [24] Iain E.G Richardson, “H.264 and MPEG-4 video compression”, Wiley, 2003 [25] J J Chae, “Robust Techniques for Hiding Data in Images and Video”, Ph.D Dissertation, UCSB, June 1999 [26] J Sun and J Liu, “A novel blind video Watermarking scheme based on independent dynamic component,” Multidimensional Systems and Signal Processing, Vol 17, No 1, pp 59-74, Jan 2006 101 [27] J Zhang, A Ho, G Qiu, and P Marziliano, “Robust video Watermarking of H.264/AVC,” in IEEE Transactions on Circuits and System-II: Express Briefs, vol 54, no 2, pp 205–209, February 2007 [28] J Zhang, J Li, and L Zhang, “Video Watermark Technique in Motion Vector,” XIV Brazilian Symposium on Computer Graphics and Image Processing (SIBGRAPI'01), pp.179, 2001 [29] H X Wang, Y N Li, Z M Lu and S H Sun, “Compressed Domain Video Watermarking in Motion Vector,” Knowledge-Based Intelligent Information and Engineering Systems, 2005 [30] K Ntalianis, A Doulamis, N Doulamis, and S Kollias, “An Automatic Scheme for Stereoscopic Video Object-based Watermarking Using Qualified Significant Wavelet Trees,” IEEE International Conference οn Image Processing (ICIP), Vol 3, pp 501-504, NY USA, Sep 2002 [31] L Ghouti, and A Bouridane, “Data Hiding in Fingerprint Images”, European Signal Processing Conference (Eusipco), Warsaw, Poland, September 2006 [32] L Hong, Y Wang, and A K Jain, “Fingerprint image enhancement: Algorithm and performance evaluation”, Transactions on PAMI, August 1998 [33] L S Liu, R H Li, and Q Gao, “A robust video Watermarking scheme based on DCT”, Machine Learning and Cybernetics, 2005 Proceedings of 2005 International Conference on Volume 8, pp 5176 – 5180, Aug 2005 [34] Le T H Ngan, Nguyen K Hung, and Le H Bac, “A Robust Biometric Watermark-Based Authentication Scheme”, The Fifth International Conferences on Digital Information Management, ICDIM 2010, Canada, 2010 102 [35] LU Chun-Shien, CHEN Jan-Ru and FAN Kuo-Chin, “Real-time frame-dependent video Watermarking in VLC domain,” Signal processing, Vol 20, No 7, pp 624-642, 2005 [36] M D Swanson, B Zhu, and A H Tewfik, "Multiresolution scene- based video Watermarking using perceptual models," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol 16, No 4, pp 540-550, 1998 [37] M D Swanson, B Zhu, B Chau, and A H Tewfik, “Object-based transparent video Watermarking,” Proceedings IEEE Workshop on Multimedia Signal Processing, New Jersey, USA, Jun 1997 [38] M Noorkami and R M Mersereau, “Compressed-domain video Watermarking for H.264,” in Proceedings of the International Conference on Image Processing, ICIP, vol 2, pp 890–893, September 2005 [39] N K Ratha, J H Connell, and R M Bolle, “Secure data hiding in wavelet compressed fingerprint images,” in Proc ACM Multimedia, pp 127–130, Oct 2000 [40] N Ratha, S Chen, and A K Jain, “Adaptive flow orientation based feature extraction in fingerprint images”, Pattern Recognition, 1995 [41] P C Su, and I F Chen, “A digital watermarking scheme for authenticating H.264/AVC Compressed Video”, 2008 ICS, Feb 2009 [42] P W Chan, M R Lyu, and R T Chin, “Copyright Protection on the Web: A Hybrid Digital Video Watermarking Scheme,” Proceedings of the 13th International World Wide Web Conference (WWW ‘04), New York, pp.354-355, May 2004 [43] P Wang, Z Zheng, and J Ying “A novel video Watermark technique in motion vectors,” International Conference on Audio, Language and Image Processing (ICALIP2008), pp 1555 – 1559, Jul 2008 [44] R Thai, “Fingerprint Image Enhancement and Minutiae Extraction”, submitted by the Honours Programme of the School of Computer Science and Software engineering, The University of Western Australia, 2003 103 [45] S Jiande, and L Ju, “A blind video Watermarking scheme based on ICA and shot segmentation,” Science in China Series F: Information Sciences, Vol 49, No 3, Jun 2006 [46] Shahabuddin, S.; Iqbal, R.; Shirmohammadi, S.; Jiying Zhao; “Compressed-domain temporal adaptation-resilient watermarking for H.264 video authentication”, Multimedia and Expo, 2009 ICME 2009 IEEE International Conference, New York, August 2009 [47] T Polyák, G Fehér, “Robust Block Selection for Watermarking Video Streams”, Proceedings of the World Congress on Engineering 2008 Vol I, WCE 2008, London, U.K, July - 4, 2008 [48] T Y Zhang, and C Y Suen, “A fast parallel algorithm for thinning digital patterns”, Communications of the ACM, Vol 27, Issue 3, pp 236 239, 1986 [49] W Kong, B Yang, D Wu, X Niu, “A svd based blind video Watermarking algorithm”, In Proceedings of IEEE international conference on innoveative computering, information and control, vol.1, pp 265–268, 2006 [50] X Bian and Q Zhu, “Video protection for MPEG-4 FGS with Watermarking,” Multimedia Tools and Applications, Vol.40, No.1, Oct 2008 [51] X Wu, W Zhu, Z Xiong, and Y.-Q Zhang, “Object-based multi- resolution Watermarking of images and video,” Proceedings IEEE ISCAS, Geneva, May 2000 [52] Y Liu and J Zhao, “A new video Watermarking algorithm based on 1D DFT and Radon transform, ” Signal Processing, Vol 90, Issue 2, Feb 2010 [53] Y Wanga, Z Lua, L Fana and Y Zheng, “Robust dual watermarking algorithm for AVS video,” Signal Processing: Image Communication, Vol 24, Issue 4, pp 333-344, Apr 2009 104 [54] Z Sun, J Liu, J Sun, X Sun and J Ling, “A motion location based video Watermarking scheme using ICA to extract dynamic frames,” Neural Computing & Applications, Vol 18, No 5, Jun 2009 [...]... nghiên cứu đặc trưng vân tay, chuẩn nén video H.264, phương pháp Watermarking, luận văn xin đề xuất một phương pháp, mô hình chứng thực bền vững trên video H.264/AVC dựa trên đặc trưng vân tay với mục đích tận dụng được những thuận lợi, ưu điểm của chuẩn nén H.264 và đặc điểm vân tay 1.3 Đối tượng nghiên cứu Đặc trưng sinh trắc học thì có rất nhiều như mặt, võng mạc, tai…Tùy theo mỗi loại đặc trưng sinh... tín hiệu video H.264/AVC 1.4 Phạm vi nghiên cứu Luận văn này nghiên cứu chuẩn nén H.264/AVC, phương pháp rút trích đặc trưng vân tay, những kỹ thuật Watermarking trên video Rồi đề xuất một phương pháp Watermarking/một mô hình chứng thực bền vững trên chuẩn nén H.264/AVC dựa trên đặc trưng vân tay 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CHUẨN NÉN VIDEO H.264/AVC 2.1 Tổng quan về các chuẩn video Hiện nay trên thế... danh người dựa trên các đặc trưng trắc sinh học như vân tay, khuôn mặt, võng mạc, tròng mắt, … ngày càng phổ biến Trong bối cảnh của luận văn này, thông tin trắc sinh học – vân tay được sử dụng cho bài toán Watermarking, đặc biệt tập trung vào mô hình chứng thực Dựa vào một đặc điểm quan trọng của vân tay người là mỗi vân tay chỉ có khoảng từ 30 đến 100 đặc trưng [20] để đưa bài toán ẩn ảnh vân tay về... nay là H.264/AVC Vì vậy, luận văn này nhắm tới các mục đích sau: 5 - Tìm hiểu chuẩn nén H.264/AVC, đưa ra các mô hình tổng quan cũng như phân tích các giai đoạn của chuẩn nén H.264/AVC - Song song với quá trình chuẩn nén H.264/AVC, luận văn cũng nghiên cứu một hướng tiếp cận rút trích đặc trưng vân tay từ ảnh vân tay - Tổng quan các phương pháp Watermarking trên video nói chung và trên video H.264/AVC. .. vector đặc trưng có tổng chiều dài vài trăm bit Điều này có thể cho thấy dung lượng chứa của giải pháp đưa ra là rất cao - Tính vô hình: Vì vector đặc trưng được nhúng vào ảnh chứa có kích thước khá nhỏ nên độ nhiễu của ảnh trước và sau khi nhúng là không đáng kể - Khả năng bền vững: Căn cứ trên ưu điểm về kích thước rất nhỏ của vector đặc trưng, giải pháp được chọn trong luận văn này là nhúng vector đặc. .. vector đặc trưng Hướng tiếp cận này đã không những giải quyết tốt bài toán chọn đối tượng 3 nhúng phù hợp mà vẫn đáp ứng tốt ba yêu cầu của bài toán Watermarking, cụ thể như sau: - Dung lượng chứa: Nhờ vào các thao tác tiền xử lý, bài toán nhúng ảnh vân vào ảnh chứa trở thành bài toán nhúng các vector đặc trưng vân vào ảnh chứa Với phương pháp rút trích đặc trưng hợp lý được chọn, một ảnh vân tay có... và truyền dẫn dữ liệu video trên các phương tiện đa thông tin Đó là những ưu điểm khiến cho chuẩn nén video H.264/AVC được sử dụng khá rộng rãi và phổ biến hiện nay: truyền hình kỹ thuật số, truyền hình di động, hội nghị trực tuyến, lưu trữ video trên đĩa DVD với các định dạng HD-DVD và BluRay, truyền dữ liệu trong mạng RTP/IP, hệ thống điện thoại đa phương tiện của ITU-T, HD – video phone (điện thoại... vào vân tay và trình bày một phương pháp rút trích đặc trưng mà luận văn tiếp cận Các đối tượng nghiên cứu phổ biến nhất hiện nay của Watermark đó là văn bản, ảnh, âm thanh, video Tùy theo mỗi đối tượng mà sẽ có những kỹ thuật Watermark khác nhau Tuy nhiên, trong luận văn này chỉ tập trung nghiên cứu trên đối tượng là những tập tin video với chuẩn nén H.264/AVC, những phương pháp Watermarking trên. .. sao dữ liệu Watermark là đặc trưng vân tay Ba yêu cầu tiêu quyết đặt ra cho bài toán ẩn dữ liệu nói chung và bài toán Watermarking nói riêng là: khả năng chứa, độ bền vững, và tính vô hình Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu với nhiều lời giải Watermarking khác nhau được đưa ra nhằm đáp ứng một cách tốt nhất đồng thời ba yêu cầu trên Qua nhiều công trình đã công bố chứng tỏ rằng, mức độ hiệu... là video H.264/AVC Trong lĩnh vực Watermarking có 4 dạng đối tượng chứa phổ biến là văn bản, ảnh, âm thanh và video Có rất nhiều các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực ảnh Trong khi đó, số lượng các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực văn bản, âm thanh và video là quá ít Trong hướng tiếp cận của luận văn, đối tượng chứa video được chọn, và cụ thể là video thuộc chuẩn nén H.264/AVC Chuẩn nén H.264/AVC